JP2023042778A - 光干渉測距センサ - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象物に粗面及び鏡面が含まれる場合であったとしても、適切に測距可能な光干渉測距センサを提供することである。【解決手段】光干渉測距センサ１００は、波長掃引光源１１０と、波長掃引光源から投光された光を分岐する分岐部１２１を含み、当該分岐されたそれぞれの光について、当該計測対象物に照射して当該計測対象物で反射される測定光と、当該測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づいて各干渉光を発生させる干渉計１２０と、各干渉光を受光する受光部１３０と、鏡面モード又は粗面モードに応じて、検出したピークとスポットとを対応付けて計測対象物までの距離を算出する処理部１４０と、を備え、分岐されたそれぞれの光について、光路長差が異なるように設定され、処理部は、鏡面モードの場合、光路長差が最短となるスポットに対応するピークに基づいて算出された距離を、計測対象物までの測距結果とする。【選択図】図１０

Description

本発明は、光干渉測距センサに関する。

近年、非接触で計測対象物までの距離を計測する光測距センサが普及している。例えば、光測距センサとして、波長掃引光源から投光される光から、参照光と測定光とに基づく干渉光を生成し、当該干渉光に基づいて計測対象物までの距離を計測する光干渉測距センサが知られている。

さらに、従来の光干渉測距センサは、複数のビームを計測対象物に照射するように構成し、高精度に計測対象物を計測するものも知られている。

特許文献１に記載の光学測定装置では、複数の光ファイバ端面で反射された基準ビームの戻り光ビーム成分と、計測対象物の表面で反射された測定ビームの反射成分とを、コヒーレントに干渉させることにより、安定した測定結果を得るようにしている。

特許２６８６１２４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される光干渉ユニットでは、例えば、計測対象物に粗面及び鏡面が含まれる場合には、粗面を適切に計測できたとしても、鏡面については多重反射が外乱光となり精度良く計測できないという問題がある。

そこで、本発明は、計測対象物に粗面及び鏡面が含まれる場合であったとしても、適切に測距可能な光干渉測距センサを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る光干渉測距センサは、連続的に波長を変化させながら光を投光する光源と、光源から投光された光を計測対象物のうちの複数のスポットに照射するように分岐する分岐部を含み、当該複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、当該計測対象物に照射して当該計測対象物で反射される測定光と、当該測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づいて各干渉光を発生させる干渉計と、干渉計からの各干渉光を受光する受光部と、受光された各干渉光のうちピークを検出し、計測対象物を計測する鏡面モード又は粗面モードのいずれかのモードに応じて検出したピークとスポットとを対応付けて計測対象物までの距離を算出する処理部と、を備え、複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、測定光と参照光との光路長差が異なるように設定され、処理部は、前記鏡面モードの場合、検出したピークのうち光路長差が最短となるスポットに対応するピークに基づいて算出された距離を、計測対象物までの測距結果とする。

この態様によれば、干渉計は、複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、当該計測対象物に照射して当該計測対象物で反射される測定光と、当該測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づいて各干渉光を発生させて、受光部は、干渉計からの各干渉光を受光し、処理部は、各干渉光のうちピークを検出し、計測対象物を計測する鏡面モード又は粗面モードのいずれかのモードに応じて検出したピークとスポットとを対応付けて計測対象物までの距離を算出する。そして、複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、測定光と参照光との光路長差が異なるように設定されるため、各ピークを適切に検出することができ、さらに、鏡面モードの場合、当該検出されたピークのうち光路長差が最短となるスポットに対応するピークに基づいて算出された距離を、計測対象物までの測距結果とする。その結果、計測対象物に粗面及び鏡面が含まれる場合であったとしても、計測対象物までの距離を適切に計測することができる。

上記態様において、処理部は、粗面モードの場合、検出した複数のピークに基づいて算出された距離を測距結果としてもよい。

この態様によれば、処理部は、粗面モードの場合、検出した複数のピークに基づいて計測対象物までの距離を算出するため、計測対象物までの距離をより高精度に計測することできる。

上記態様において、干渉計は、１つの対物レンズを有し、分岐部によって複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光における測定光を１つの対物レンズを介して計測対象物に照射してもよい。

この態様によれば、分岐部によって複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光における測定光を１つの対物レンズを介して計測対象物に照射するため、スポット径を小さくすることができ、計測対象物が微小であっても、当該計測対象物までの距離を高精度に適切に計測することができる。また、対物レンズが１つであるため、光軸調整が容易であり、コストの軽減にも繋がる。

上記態様において、複数のスポットに対応する光路長差のうち、最短となる光路長差を有するスポットは、１つの対物レンズの光軸上に配置されてもよい。

この態様によれば、最短となる光路長差を有するスポットを１つの対物レンズの光軸上に配置するため、鏡面モードの場合、光路長差が最短となるスポットに対応するピークをより適切に検出することができる。そして、当該検出されたピークに基づいて算出された距離を計測対象物までの測距結果とするため、計測対象物に粗面及び鏡面が含まれる場合であったとしても、計測対象物までの距離を適切に計測することができる。

上記態様において、干渉計は、測定光における計測対象物に照射して当該計測対象物で反射された第１反射光と、参照光における参照面で反射された第２反射光とに基づいて各干渉光を発生させてもよい。

この態様によれば、測定光における計測対象物に照射して当該計測対象物で反射された第１反射光と、参照光における参照面で反射された第２反射光とに基づいて各干渉光を発生させる。複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、測定光と参照光との光路長差が異なるように設定されることにより、各ピークを適切に検出することができ、さらに、鏡面モードの場合、当該検出されたピークのうち光路長差が最短となるスポットに対応するピークに基づいて算出された距離を、計測対象物までの測距結果とする。その結果、計測対象物に粗面及び鏡面が含まれる場合であったとしても、計測対象物までの距離を適切に計測することができる。

上記態様において、複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光を伝送する光ファイバについて、参照面となる当該光ファイバそれぞれの先端位置は、光軸方向に位置がズレて配置されてもよい。

この態様によれば、各光路に配置される光ファイバそれぞれの先端位置は、光軸方向に位置がズレて配置されるため、各光路における光路長差が異なるように設定することができ、各ピークをより適切に検出することができる。

上記態様において、複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光における光路長差の差ΔＬは、少なくとも下記式で表される距離分解能δＬ_FWHMよりも大きくてもよい。
δＬ_FWHM＝ｃ／ｎδｆ
（ｃ：光速、ｎ：光路差中の屈折率、δｆ：周波数掃引幅）

この態様によれば、各光路における光路長差の差ΔＬが距離分解能δＬ_FWHMよりも大きく設定されるため、受光部によって受光される各干渉光のうち複数のピークが重複することを低減し、それぞれのピークをより適切に検出することができる。

上記態様において、鏡面モード又は粗面モードのいずれかのモードをユーザによって選択可能であってもよい。

この態様によれば、鏡面モード又は粗面モードのいずれかのモードをユーザによって選択可能であるため、計測対象物の材質や状態等に応じて、適切にモードを選択することができる。その結果、計測対象物に粗面及び鏡面が含まれる場合であったとしても、計測対象物の材質や状態等に応じて、計測対象物までの距離を適切に計測することができる。

上記態様において、処理部は、受光された各干渉光のうち複数のスポットの数を超えてピークを検出した場合、鏡面モードを用いてもよい。

この態様によれば、受光された各干渉光のうち複数のスポットの数を超えてピークを検出した場合、鏡面モードを用いるため、ユーザによってモードが選択されなくても、自動的に適切なモードが選択されて用いることができる。

本発明によれば、計測対象物に粗面及び鏡面が含まれる場合であったとしても、適切に測距可能な光干渉測距センサを提供することができる。

本開示に係る変位センサ１０の概要を示す外観模式図である。 本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される手順を示すフローチャートである。 本開示に係る変位センサ１０が用いられるセンサシステム１の概要を示す機能ブロック図である。 本開示に係る変位センサ１０が用いられるセンサシステム１によって計測対象物Ｔが計測される手順を示すフローチャートである。 本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される原理を説明するための図である。 本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される別の原理を説明するための図である。 センサヘッド２０の概略構成を示す斜視図である。 センサヘッド２０の内部に配置されるコリメートレンズホルダの概略構成を示す斜視図である。 センサヘッド２０の内部構造を示す断面図である。 コントローラ３０における信号処理について説明するためのブロック図である。 コントローラ３０における処理部５９によって実行される、計測対象物Ｔまでの距離を算出する方法を示すフローチャートである。 波形信号（電圧ｖｓ時間）がスペクトル（電圧ｖｓ周波数）に周波数変換される様子を示す図である。 スペクトル（電圧ｖｓ周波数）がスペクトル（電圧ｖｓ距離）に距離変換される様子を示す図である。 スペクトル（電圧ｖｓ距離）に基づいてピークに対応する値（距離値，ＳＮＲ）を算出される様子を示す図である。 本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサ１００の構成概要を示す模式図である。 受光部１３０によって受光された戻り光について、ＦＦＴを用いて周波数変換された信号波形の一例を模式的に示す図である。 計測対象物Ｔの表面が鏡面である場合における、受光部１３０によって受光された戻り光について、ＦＦＴを用いて周波数変換された信号波形の一例を模式的に示す図である。 処理部１４０によって実行される、計測対象物Ｔまでの距離を算出する方法を示すフローチャートである。 自動的に鏡面モード又は粗面モードを判定し、処理部１４０によって実行される、計測対象物Ｔまでの距離を算出する方法を示すフローチャートである。 複数のコリメートレンズに対して、種々の対物レンズが配置されるバリエーションを示す図である。 コリメートレンズを配置せず、複数の対物レンズが配置されるバリエーションを示す図である。 対物レンズを配置せず、複数のコリメートレンズが配置されるバリエーションを示す図である。 測定光と参照光とを用いて干渉光を発生させる干渉計のバリエーションを示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施形態は、あくまで、本発明を実施するための具体的な一例を挙げるものであって、本発明を限定的に解釈させるものではない。また、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する場合がある。

［変位センサの概要］
先ず、本開示に係る変位センサの概要について説明する。
図１は、本開示に係る変位センサ１０の概要を示す外観模式図である。図１に示されるように、変位センサ１０は、センサヘッド２０とコントローラ３０とを備え、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）を計測する。

センサヘッド２０とコントローラ３０とは、光ファイバ４０で接続されており、センサヘッド２０には対物レンズ２１が取り付けられている。また、コントローラ３０は、表示部３１と、設定部３２と、外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）部３３と、光ファイバ接続部３４と、外部記憶部３５とを含み、さらに、内部には、計測処理部３６を有する。

センサヘッド２０は、コントローラ３０から出力される光を計測対象物Ｔに照射し、当該計測対象物Ｔからの反射光を受光する。センサヘッド２０は、コントローラ３０から出力されて光ファイバ４０を介して受光した光を反射させ、上述した計測対象物Ｔからの反射光と干渉させるための参照面を、内部に有している。

なお、センサヘッド２０には対物レンズ２１が取り付けられているが、当該対物レンズ２１は着脱可能な構成となっている。対物レンズ２１は、センサヘッド２０と計測対象物Ｔとの距離に応じて、適切な焦点距離を有する対物レンズに交換可能であって、又は可変焦点の対物レンズを適用してもよい。

さらに、センサヘッド２０を設置する際には、ガイド光（可視光）を計測対象物Ｔに照射して、当該変位センサ１０の計測領域内に計測対象物Ｔが適切に位置するようにセンサヘッド２０及び／又は計測対象物Ｔを設置してもよい。

光ファイバ４０は、コントローラ３０に配置される光ファイバ接続部３４に接続されて延伸し、当該コントローラ３０とセンサヘッド２０とを接続する。これにより、光ファイバ４０は、コントローラ３０から投光される光をセンサヘッド２０に導き、さらに、センサヘッド２０からの戻り光をコントローラ３０へ導くように構成されている。なお、光ファイバ４０は、センサヘッド２０及びコントローラ３０に着脱可能であって、長さ、太さ及び特性等において種々の光ファイバを適用することができる。

コントローラ３０における表示部３１には、例えば、液晶ディスプレイ又は有機ＥＬディスプレイ等で構成される。表示部３１には、変位センサ１０の設定値、センサヘッド２０からの戻り光の受光量、及び変位センサ１０によって計測された計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）等の計測結果が表示される。

コントローラ３０における設定部３２は、例えば、機械式ボタンやタッチパネル等をユーザが操作することによって、計測対象物Ｔを計測するために必要な設定が行われる。これらの必要な設定の全部又は一部は、予め設定されていてもよいし、外部Ｉ／Ｆ部３３に接続された外部接続機器（図示せず）から設定されてもよい。また、外部接続機器は、ネットワークを介して有線又は無線で接続されていてもよい。

ここで、外部Ｉ／Ｆ部３３は、例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＲＳ２３２Ｃ、及びアナログ出力等構成される。外部Ｉ／Ｆ部３３には、他の接続機器に接続されて当該外部接続機器から必要な設定が行われたり、変位センサ１０によって計測された計測結果等を外部接続機器に出力したりしてもよい。

また、コントローラ３０が外部記憶部３５に記憶されたデータを取り込むことにより、計測対象物Ｔを計測するために必要な設定が行われてもよい。外部記憶部３５は、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の補助記憶装置であって、計測対象物Ｔを計測するために必要な設定等が予め記憶されている。

コントローラ３０における計測処理部３６は、例えば、連続的に波長を変化させながら光を投光する波長掃引光源、センサヘッド２０からの戻り光を受光して電気信号に変換する受光素子、及び電気信号を処理する信号処理回路等を含む。計測処理部３６では、センサヘッド２０からの戻り光に基づいて、最終的には、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）が算出されるように制御部及び記憶部等を用いて様々な処理がなされている。これらの処理についての詳細は後述する。

図２は、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される手順を示すフローチャートである。図２に示されるように、当該手順は、ステップＳ１１～Ｓ１４を含む。

ステップＳ１１では、センサヘッド２０を設置する。例えば、センサヘッド２０から計測対象物Ｔにガイド光を照射して、それを参考にして、センサヘッド２０を適切な位置に設置する。

具体的には、コントローラ３０における表示部３１に、センサヘッド２０からの戻り光の受光量を表示し、ユーザは、当該受光量を確認しながら、センサヘッド２０の向き及び計測対象物Ｔとの距離（高さ位置）等を調整してもよい。基本的には、センサヘッド２０からの光を計測対象物Ｔに対して垂直に（より垂直に近い角度で）照射できれば、当該計測対象物Ｔからの反射光の光量が大きく、センサヘッド２０からの戻り光の受光量も大きくなる。

また、センサヘッド２０と計測対象物Ｔとの距離に応じて、適切な焦点距離を有する対物レンズ２１に交換してもよい。

さらに、計測対象物Ｔを計測するに際して適切な設定ができない場合（例えば、計測に必要な受光量を得られない、又は対物レンズ２１の焦点距離が不適切である等）には、エラー又は設定未完了等を、表示部３１に表示したり、外部接続機器に出力したりして、ユーザに通知するようにしてもよい。

ステップＳ１２では、計測対象物Ｔを計測するに際して種々の計測条件を設定する。例えば、センサヘッド２０が有する固有の校正データ（線形性を補正する関数等）を、ユーザがコントローラ３０における設定部３２を操作することによって設定する。

また、各種パラメータを設定してもよい。例えば、サンプリング時間、計測範囲、及び計測結果を正常とするか異常とするかの閾値等が設定される。さらに、計測対象物Ｔの反射率及び材質等の計測対象物Ｔの特性に応じて測定周期が設定され、及び計測対象物Ｔの材質に応じた測定モード等が設定されるようにしてもよい。

なお、これらの計測条件及び各種パラメータの設定は、コントローラ３０における設定部３２を操作することによって設定されるが、外部接続機器から設定されてもよいし、外部記憶部３５からデータを取り込むことによって設定されてもよい。

ステップＳ１３では、ステップＳ１１で設置されたセンサヘッド２０で、ステップＳ１２で設定された計測条件及び各種パラメータに従って、計測対象物Ｔを計測する。

具体的には、コントローラ３０の計測処理部３６において、波長掃引光源から光が投光され、センサヘッド２０からの戻り光を受光素子で受光し、信号処理回路によって周波数解析、距離変換及びピーク検出等がなされて、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）が算出される。具体的な計測処理についての詳細は、後述する。

ステップＳ１４では、ステップＳ１３で計測された計測結果を出力する。例えば、ステップＳ１３で計測された計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）等を、コントローラ３０における表示部３１に表示したり、外部接続機器に出力したりする。

また、ステップＳ１３で計測された計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）が、ステップＳ１２で設定された閾値に基づいて、正常の範囲内であるか異常かについても計測結果として表示又は出力されてもよい。さらに、ステップＳ１２で設定された計測条件、各種パラメータ及び測定モード等も共に表示又は出力されてもよい。

［変位センサを含むシステムの概要］
図３は、本発明に係る変位センサ１０が用いられるセンサシステム１の概要を示す機能ブロック図である。図３に示されるように、センサシステム１は、変位センサ１０と、制御機器１１と、制御信号入力用センサ１２と、外部接続機器１３とを備える。なお、変位センサ１０は、制御機器１１及び外部接続機器１３とは、例えば、通信ケーブル又は外部接続コード（例えば、外部入力線、外部出力線及び電源線等を含む）で接続され、制御機器１１と制御信号入力用センサ１２とは信号線で接続される。

変位センサ１０は、図１及び図２を用いて説明したように、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）を計測する。そして、変位センサ１０は、その計測結果等を制御機器１１及び外部接続機器１３に出力してもよい。

制御機器１１は、例えば、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）であって、変位センサ１０が計測対象物Ｔを計測するに際して、当該変位センサ１０に対して各種の指示を与える。

例えば、制御機器１１は、制御機器１１に接続された制御信号入力用センサ１２からの入力信号に基づいて、測定タイミング信号を変位センサ１０に出力してもよいし、ゼロリセット命令信号（現在の計測値を０に設定するための信号）等を変位センサ１０に出力してもよい。

制御信号入力用センサ１２は、変位センサ１０が計測対象物Ｔを計測するタイミングを指示するオン／オフ信号を、制御機器１１に出力する。例えば、制御信号入力用センサ１２は、計測対象物Ｔが移動する生産ラインの近傍に設置され、計測対象物Ｔが所定の位置に移動してきたことを検知して、制御機器１１にオン／オフ信号を出力すればよい。

外部接続機器１３は、例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）であって、ユーザが操作することによって、変位センサ１０に対して様々な設定を行うことができる。

具体例としては、測定モード、動作モード、測定周期、及び計測対象物Ｔの材質等が設定される。

測定モードの設定として、制御機器１１内部で周期的に計測開始する「内部同期計測モード」、又は制御機器１１外部からの入力信号に応じて計測開始する「外部同期計測モード」等が選択される。

動作モードの設定として、実際に計測対象物Ｔを計測する「運転モード」、又は計測対象物Ｔを計測するための計測条件を設定する「調整モード」等が選択される。

測定周期は、計測対象物Ｔを測定する周期であり、計測対象物Ｔの反射率に応じて設定すればよいが、仮に、計測対象物Ｔの反射率が低い場合であっても、測定周期を長くして適切に測定周期を設定すれば、計測対象物Ｔを適切に測定することができる。

計測対象物Ｔについて、反射光の成分として拡散反射が比較的多い場合に適した「粗面モード」、反射光の成分として鏡面反射が比較的多い場合に適した「鏡面モード」、又はこれらの中間的な「標準モード」等が選択される。

このように、計測対象物Ｔの反射率及び材質に応じて、適切な設定を行うことによって、より高精度に計測対象物Ｔを計測することができる。

図４は、本開示に係る変位センサ１０が用いられるセンサシステム１によって計測対象物Ｔが計測される手順を示すフローチャートである。図４に示されるように、当該手順は、上述した外部同期計測モードの場合の手順であって、ステップＳ２１～Ｓ２４を含む。

ステップＳ２１では、センサシステム１は、計測される対象である計測対象物Ｔを検知する。具体的には、制御信号入力用センサ１２は、生産ライン上において、計測対象物Ｔが所定の位置に移動してきたことを検知する。

ステップＳ２２では、センサシステム１は、ステップＳ２１で検知された計測対象物Ｔを変位センサ１０によって計測するように計測指示する。具体的には、制御信号入力用センサ１２は、制御機器１１にオン／オフ信号を出力することにより、ステップＳ２１で検知された計測対象物Ｔを測定するタイミングを指示し、制御機器１１は、当該オン／オフ信号に基づいて、変位センサ１０に測定タイミング信号を出力して、計測対象物Ｔを計測するように計測指示する。

ステップＳ２３では、変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される。具体的には、変位センサ１０は、ステップＳ２２で受け取った計測指示に基づいて、計測対象物Ｔを計測する。

ステップＳ２４では、センサシステム１は、ステップＳ２３で計測された計測結果を出力する。具体的には、変位センサ１０は、計測処理の結果を、表示部３１に表示したり、外部Ｉ／Ｆ部３３を経由して制御機器１１又は外部接続機器１３等に出力したりする。

なお、ここでは、図４を用いて、制御信号入力用センサ１２によって計測対象物Ｔが検知されることにより計測対象物Ｔを計測する外部同期計測モードの場合についての手順を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、内部同期計測モードの場合は、ステップＳ２１及びＳ２２に代わって、予め設定された周期に基づいて測定タイミング信号が生成されることにより、計測対象物Ｔを計測するように変位センサ１０に指示する。

次に、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される原理を説明する。
図５Ａは、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される原理を説明するための図である。図５Ａに示されるように、変位センサ１０は、センサヘッド２０及びコントローラ３０を備える。センサヘッド２０は、対物レンズ２１と、複数のコリメートレンズ２２ａ～２２ｃとを含み、コントローラ３０は、波長掃引光源５１と、光増幅器５２と、複数のアイソレータ５３及び５３ａ～５３ｂと、複数の光カプラ５４及び５４ａ～５４ｅと、減衰器５５と、複数の受光素子（例えば、フォトディテクタ（ＰＤ））５６ａ～５６ｃと、合波回路５７と、アナログデジタル（ＡＤ）変換部（例えば、アナログデジタルコンバータ）５８と、処理部（例えば、プロセッサ）５９と、バランスディテクタ６０と、補正信号生成部６１とを含む。

波長掃引光源５１は、波長を掃引したレーザ光を投光する。波長掃引光源５１としては、例えば、ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）を電流で変調する方式を適用すれば、共振器長が短いためにモードホップを起こしにくく、波長を変化させることが容易であり、低コストで実現することができる。

光増幅器５２は、波長掃引光源５１から投光される光を増幅する。光増幅器５２は、例えば、ＥＤＦＡ（ｅｒｂｉｕｍ－ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）を適用し、例えば、１５５０ｎｍ専用の光増幅器であってもよい。

アイソレータ５３は、入射した光を一方向に透過させる光学素子であって、戻り光によって発生するノイズの影響を防ぐために、波長掃引光源５１の直後に配置されてもよい。

このように、波長掃引光源５１から投光された光は、光増幅器５２によって増幅され、アイソレータ５３を介して、光カプラ５４によって主干渉計と副干渉計とに分岐される。例えば、光カプラ５４では、主干渉計と副干渉計とに９０：１０～９９：１の割合で光を分岐するようにしてもよい。

主干渉計に分岐された光は、さらに、１段目の光カプラ５４ａによって、計測対象物Ｔの方向と２段目の光カプラ５４ｂの方向とに分岐される。

１段目の光カプラ５４ａによって計測対象物Ｔの方向に分岐された光は、センサヘッド２０において、光ファイバの先端からコリメートレンズ２２ａ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射される。そして、当該光ファイバの先端（端面）が参照面となり、当該参照面で反射した光と、計測対象物Ｔで反射した光とが干渉し、干渉光が生成されて、１段目の光カプラ５４ａに戻り、その後、受光素子５６ａで受光されて電気信号に変換される。

１段目の光カプラ５４ａによって２段目の光カプラ５４ｂの方向に分岐された光は、アイソレータ５３ａを介して２段目の光カプラ５４ｂに向かい、当該２段目の光カプラ５４ｂによって、さらにセンサヘッド２０の方向に分岐される。センサヘッド２０の方向に分岐された光は、１段目と同様に、センサヘッド２０において、光ファイバの先端からコリメートレンズ２２ｂ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射される。そして、当該光ファイバの先端（端面）が参照面となり、当該参照面で反射した光と、計測対象物Ｔで反射した光とが干渉し、干渉光が生成されて、２段目の光カプラ５４ｂに戻り、当該光カプラ５４ｂによってアイソレータ５３ａ及び受光素子５６ｂそれぞれの方向へ分岐される。受光素子５６ｂの方向へ分岐された光は、受光素子５６ｂで受光されて電気信号に変換される。一方、アイソレータ５３ａは、前段の光カプラ５４ａから後段の光カプラ５４ｂへ光を透過し、後段の光カプラ５４ｂから前段の光カプラ５４ａへの光を遮断するため、アイソレータ５３ａの方向へ分岐された光は、遮断される。

２段目の光カプラ５４ｂによって３段目の光カプラ５４ｃの方向に分岐された光は、アイソレータ５３ｂを介して３段目の光カプラ５４ｃに向かい、当該３段目の光カプラ５４ｃによって、さらにセンサヘッド２０の方向に分岐される。センサヘッド２０の方向に分岐された光は、１段目及び２段目と同様に、センサヘッド２０において、光ファイバの先端からコリメートレンズ２２ｃ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射される。そして、当該光ファイバの先端（端面）が参照面となり、当該参照面で反射した光と、計測対象物Ｔで反射した光とが干渉し、干渉光が生成されて、３段目の光カプラ５４ｃに戻り、当該光カプラ５４ｃによってアイソレータ５３ｂ及び受光素子５６ｃそれぞれの方向へ分岐される。受光素子５６ｃの方向へ分岐された光は、受光素子５６ｃで受光されて電気信号に変換される。一方、アイソレータ５３ｂは、前段の光カプラ５４ｂから後段の光カプラ５４ｃへ光を透過し、後段の光カプラ５４ｃから前段の光カプラ５４ｂへの光を遮断するため、アイソレータ５３ｂの方向へ分岐された光は、遮断される。

なお、３段目の光カプラ５４ｃによってセンサヘッド２０でない方向に分岐された光は、計測対象物Ｔの計測に用いられないため、反射して戻ってこないように、例えば、ターミネータ等の減衰器５５によって減衰されるとよい。

このように、主干渉計では、３段の光路（３チャネル）を有し、それぞれセンサヘッド２０の光ファイバの先端（端面）から計測対象物Ｔまでの距離の２倍（往復）を光路長差とした干渉計であり、それぞれ光路長差に応じた３つの干渉光を生成している。

受光素子５６ａ～５６ｃは、上述したように主干渉計からの干渉光を受光し、当該受光したパワーに応じた電気信号を生成する。

合波回路５７は、受光素子５６ａ～５６ｃから出力される電気信号を合波する。

ＡＤ変換部５８は、合波回路５７からの電気信号を受信して、当該電気信号に関してアナログ信号からデジタル信号に変換する（ＡＤ変換）。ここで、ＡＤ変換部５８は、副干渉計における補正信号生成部６１からの補正信号に基づいて、ＡＤ変換する。

副干渉計では、波長掃引光源５１の掃引時における波長の非線形性を補正するために、副干渉計にて干渉信号を取得し、Ｋクロックと呼ばれる補正信号を生成する。

具体的には、光カプラ５４によって副干渉計に分岐された光は、光カプラ５４ｄによって、さらに分岐される。ここで、分岐された各光の光路は、例えば、光カプラ５４ｄと光カプラ５４ｅとの間において異なる長さの光ファイバを用いて光路長差を有するように構成されて、当該光路長差に応じた干渉光が光カプラ５４ｅから出力される。そして、バランスディテクタ６０は、光カプラ５４ｅからの干渉光を受光し、その逆位相の信号との差分を取ることによってノイズを除去しつつ、光信号を増幅して電気信号に変換する。

なお、光カプラ５４ｄ及び光カプラ５４ｅは、いずれも５０：５０の割合で光を分岐すればよい。

補正信号生成部６１は、バランスディテクタ６０からの電気信号に基づいて、波長掃引光源５１の掃引時における波長の非線形性を把握し、当該非線形に応じたＫクロックを生成し、ＡＤ変換部５８に出力する。

波長掃引光源５１の掃引時における波長の非線形性から、主干渉計においてＡＤ変換部５８に入力されるアナログ信号の波の間隔は等間隔ではない。ＡＤ変換部５８では、波の間隔が等間隔になるように、上述したＫクロックに基づいてサンプリング時間を補正してＡＤ変換（サンプリング）される。

なお、Ｋクロックは、上述したように、主干渉計のアナログ信号をサンプリングするために用いられる補正信号であるため、主干渉計のアナログ信号よりも高周波に生成される必要がある。具体的には、副干渉計における光カプラ５４ｄと光カプラ５４ｅとの間で設けられた光路長差を、主干渉計における光ファイバの先端（端面）と計測対象物Ｔとの間で設けられた光路長差よりも長くしてもよいし、補正信号生成部６１で周波数を逓倍（例えば、８倍等）して高周波化してもよい。

処理部５９は、ＡＤ変換部５８によって非線形性が補正されつつＡＤ変換されたデジタル信号を取得し、当該デジタル信号に基づいて、計測対象物Ｔの変位（計測対象物Ｔまでの距離）を算出する。具体的には、処理部５９では、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いてデジタル信号を周波数変換し、それらを解析することによって距離が算出される。処理部５９における詳細な処理については後述する。

なお、処理部５９では、高速処理が要求されることから、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ－ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）等の集積回路で実現される場合が多い。

また、ここでは、合波回路５７は、ＡＤ変換部５８の前段に配置されているが、ＡＤ変換部５８の後段に配置されてもよい。複数の受光素子５６ａ～５６ｃからの出力を、それぞれＡＤ変換し、その後、合波回路５７によって合波すればよい。

また、ここでは、主干渉計において３段の光路を設けて、センサヘッド２０によってそれぞれの光路から計測対象物Ｔに対して測定光が照射され、それぞれから得られる干渉光（戻り光）に基づいて、計測対象物Ｔまでの距離等が計測される（マルチチャネル）。主干渉計におけるチャネルは、３段に限定されるものではなく、１段又は２段であってもよいし、４段以上であってもよい。

図５Ｂは、本開示に係る変位センサ１０によって計測対象物Ｔが計測される別の原理を説明するための図である。図５Ｂに示されるように、変位センサ１０は、センサヘッド２０及びコントローラ３０を備える。センサヘッド２０は、対物レンズ２１と、複数のコリメートレンズ２２ａ～２２ｃとを含み、コントローラ３０は、波長掃引光源５１と、光増幅器５２と、複数のアイソレータ５３及び５３ａ～５３ｂと、複数の光カプラ５４及び５４ａ～５４ｊと、減衰器５５と、複数の受光素子（例えば、フォトディテクタ（ＰＤ））５６ａ～５６ｃと、合波回路５７と、アナログデジタル（ＡＤ）変換部（例えば、アナログデジタルコンバータ）５８と、処理部（例えば、プロセッサ）５９と、バランスディテクタ６０と、補正信号生成部６１とを含む。図５Ｂに示された変位センサ１０は、主に、光カプラ５４ｆ～５４ｊを備えている点で、図５Ａに示された変位センサ１０の構成とは異なり、当該異なる構成による原理について、図５Ａと比較しながら詳しく説明する。

波長掃引光源５１から投光された光は、光増幅器５２によって増幅され、アイソレータ５３を介して、光カプラ５４によって主干渉計側と副干渉計側とに分岐されるが、主干渉計側に分岐された光は、さらに、光カプラ５４ｆによって測定光と参照光とに分岐される。

測定光は、図５Ａで説明したように、１段目の光カプラ５４ａによってコリメートレンズ２２ａ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射され、当該計測対象物Ｔで反射する。ここで、図５Ａでは、光ファイバの先端（端面）を参照面として、当該参照面で反射した光と計測対象物Ｔで反射した光とが干渉し、干渉光が生成されていたが、図５Ｂでは、光が反射する参照面を設けていない。すなわち、図５Ｂでは、図５Ａのように参照面で反射する光が発生しないため、計測対象物Ｔで反射された測定光が１段目の光カプラ５４ａに戻ることなる。

同様に、１段目の光カプラ５４ａから２段目の光カプラ５４ｂの方向に分岐された光は、当該２段目の光カプラ５４ｂによってコリメートレンズ２２ｂ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射され、当該計測対象物Ｔで反射して２段目の光カプラ５４ｂに戻る。２段目の光カプラ５４ｂから３段目の光カプラ５４ｃの方向に分岐された光は、当該３段目の光カプラ５４ｃによってコリメートレンズ２２ｃ及び対物レンズ２１を通過して計測対象物Ｔに照射され、当該計測対象物Ｔで反射して３段目の光カプラ５４ｃに戻る。

一方、光カプラ５４ｆによって分岐された参照光は、さらに、光カプラ５４ｇによって光カプラ５４ｈ、５４ｉ及び５４ｊに分岐される。

光カプラ５４ｈでは、光カプラ５４ａから出力される計測対象物Ｔで反射された測定光と、光カプラ５４ｇから出力される参照光とが干渉し、干渉光が生成されて、受光素子５６ａで受光されて電気信号に変換される。換言すれば、光カプラ５４ｆによって測定光と参照光とに分岐され、当該測定光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ａ、コリメートレンズ２２ａ、対物レンズ２１を介して計測対象物Ｔで反射し、光カプラ５４ｈまで到達する光路）と、当該参照光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ｇを介して光カプラ５４ｈまで到達する光路）との光路長差に応じた干渉光が生成されて、当該干渉光が受光素子５６ａで受光されて電気信号に変換される。

同様に、光カプラ５４ｉでは、測定光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ａ、５４ｂ、コリメートレンズ２２ｂ、対物レンズ２１を介して計測対象物Ｔで反射し、光カプラ５４ｉまで到達する光路）と、参照光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ｇを介して光カプラ５４ｉまで到達する光路）との光路長差に応じた干渉光が生成されて、当該干渉光が受光素子５６ｂで受光されて電気信号に変換される。

光カプラ５４ｊでは、測定光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、コリメートレンズ２２ｃ、対物レンズ２１を介して計測対象物Ｔで反射し、光カプラ５４ｊまで到達する光路）と、参照光の光路（光カプラ５４ｆから、光カプラ５４ｇを介して光カプラ５４ｊまで到達する光路）との光路長差に応じた干渉光が生成されて、当該干渉光が受光素子５６ｃで受光されて電気信号に変換される。なお、受光素子５６ａ～５６ｃは、例えば、バランスフォトディテクタであってもよい。

このように、主干渉計では、３段の光路（３チャネル）を有し、それぞれ計測対象物Ｔで反射されて光カプラ５４ｈ、５４ｉ及び５４ｊに入力される測定光と、光カプラ５４ｆ及び５４ｇを介してそれぞれ光カプラ５４ｈ、５４ｉ及び５４ｊに入力される参照光との光路長差に応じた３つの干渉光を生成している。

なお、測定光と参照光との光路長差は、３チャネルにおいてそれぞれ異なるように、例えば、光カプラ５４ｇと、各光カプラ５４ｈ、５４ｉ及び５４ｊとの光路長を異なるように設定してもよい。

そして、それぞれから得られる干渉光に基づいて、計測対象物Ｔまでの距離等が計測される（マルチチャネル）。

［センサヘッドの構造］
ここで、変位センサ１０に用いられるセンサヘッドの構造について説明する。
図６Ａは、センサヘッド２０の概略構成を示す斜視図であり、図６Ｂは、センサヘッド２０の内部に配置されるコリメートレンズホルダの概略構成を示す斜視図であり、図６Ｃは、センサヘッドの内部構造を示す断面図である。

図６Ａに示されるように、センサヘッド２０は、対物レンズホルダ２３に対物レンズ２１及びコリメートレンズが格納されている。例えば、対物レンズホルダ２３のサイズは、対物レンズ２１を囲う一辺の長さが１０ｍｍ程度であり、光軸方向への長さが２２ｍｍ程度である。

図６Ｂに示されるように、コリメートレンズユニット２４は、コリメートレンズホルダにコリメートレンズ２２が接着材を用いて固着されて構成されている。そして、光ファイバを差し込んで、その差し込み量に応じてスポット径を調整できるように構成されている。例えば、コリメートレンズ２２のサイズは、直径２ｍｍ程度である。

図６Ｃに示されるように、３つのコリメートレンズ２２ａ～２２ｃがそれぞれコリメートレンズホルダに保持されてコリメートレンズユニット２４ａ～２４ｃを構成し、３本の光ファイバがそれぞれ３つのコリメートレンズ２２ａ～２２ｃに対応するようにコリメートレンズユニット２４ａ～２４ｃに差し込まれている。なお、３本の光ファイバそれぞれコリメートレンズホルダによって保持されていてもよい。

そして、これらの光ファイバ及びコリメートレンズユニット２４ａ～２４ｃは、対物レンズ２１とともに、対物レンズホルダ２３によって保持されて、センサヘッド２０を構成している。

なお、ここでは、図６Ｃに示されるように、３つのコリメートレンズユニットは、センサヘッド２０の光軸方向の位置において異なる光路長差を形成するために、それぞれズレて配置されている。

また、センサヘッド２０を構成する対物レンズホルダ２３及びコリメートレンズユニット２４ａ～２４ｃは、高強度で、また高精度に加工できる金属素材（例えば、Ａ２０１７）で作製されていてもよい。

図７は、コントローラ３０における信号処理について説明するためのブロック図である。図７に示されるように、コントローラ３０は、複数の受光素子７１ａ～７１ｅと、複数の増幅回路７２ａ～７２ｃと、合波回路７３と、ＡＤ変換部７４と、処理部７５と、差動増幅回路７６と、補正信号生成部７７とを備える。

コントローラ３０では、図５Ａで示されたように、波長掃引光源５１から投光された光を光カプラ５４によって主干渉計と副干渉計とに分岐し、それぞれより得られる主干渉信号及び副干渉信号を処理することによって、計測対象物Ｔまでの距離値を算出している。

複数の受光素子７１ａ～７１ｃは、図５Ａに示された受光素子５６ａ～５６ｃに相当し、主干渉計からの主干渉信号をそれぞれ受光して、電流信号としてそれぞれ増幅回路７２ａ～７２ｃに出力する。

複数の増幅回路７２ａ～７２ｃは、電流信号を電圧信号に変換（Ｉ－Ｖ変換）して増幅する。

合波回路７３は、増幅回路７２ａ～７２ｃから出力される電圧信号を合波し、１つの電圧信号としてＡＤ変換部７４に出力する。

ＡＤ変換部７４は、図５Ａに示されたＡＤ変換部５８に相当し、後述する補正信号生成部７７からのＫクロックに基づいて、電圧信号をデジタル信号に変換する（ＡＤ変換）。

処理部７５は、図５Ａに示された処理部５９に相当し、ＡＤ変換部７４からのデジタル信号をＦＦＴを用いて周波数に変換し、それらを解析して、計測対象物Ｔまでの距離値を算出する。

複数の受光素子７１ｄ～７１ｅ及び差動増幅回路７６は、図５Ａに示されたバランスディテクタ６０に相当し、副干渉計における干渉光をそれぞれ受光して、一方は位相の反転した干渉信号を出力し、２つの信号の差分を取ることによってノイズを除去しつつ、干渉信号を増幅して電圧信号に変換する。

補正信号生成部７７は、図５Ａに示された補正信号生成部６１に相当し、電圧信号をコンパレータで２値化し、Ｋクロックを生成し、ＡＤ変換部７４に出力する。Ｋクロックは、主干渉計のアナログ信号よりも高周波に生成される必要があるため、補正信号生成部７７で周波数を逓倍（例えば、８倍等）して高周波化してもよい。

なお、図７に示されたコントローラ３０では、合波回路７３は、ＡＤ変換部７４の前段に配置されているが、ＡＤ変換部７４の後段に配置されてもよい。複数の受光素子７１ａ～７１ｃ及び複数の増幅回路７２ａ～７２ｃの出力を、それぞれＡＤ変換し、その後、合波回路７３によって合波すればよい。

図８は、コントローラ３０における処理部５９によって実行される、計測対象物Ｔまでの距離を算出する方法を示すフローチャートである。図８に示されるように、当該方法は、ステップＳ３１～Ｓ３５を含む。

ステップＳ３１では、処理部５９は、下記ＦＦＴを用いて、波形信号（電圧ｖｓ時間）をスペクトル（電圧ｖｓ周波数）に周波数変換する。図９Ａは、波形信号（電圧ｖｓ時間）がスペクトル（電圧ｖｓ周波数）に周波数変換される様子を示す図である。

ステップＳ３２では、処理部５９は、スペクトル（電圧ｖｓ周波数）をスペクトル（電圧ｖｓ距離）に距離変換する。図９Ｂは、スペクトル（電圧ｖｓ周波数）がスペクトル（電圧ｖｓ距離）に距離変換される様子を示す図である。

ステップＳ３３では、処理部５９は、スペクトル（電圧ｖｓ距離）に基づいてピークに対応する値（距離値，ＳＮＲ）を算出する。図９Ｃは、スペクトル（電圧ｖｓ距離）に基づいてピークに対応する値（距離値，ＳＮＲ）を算出される様子を示す図である。

（１）電圧のピーク値を算出する。具体的には、図９Ｃに示される電圧について、当該電圧の微分値が正から負になる距離における当該距離値と電圧値との組（Ｄ_x，Ｖ_x）を作成し、それらの組において電圧値の高い順に並べる。
（Ｄ₁，Ｖ₁），（Ｄ₂，Ｖ₂），（Ｄ₃，Ｖ₃），・・・，（Ｄ_n，Ｖ_n）

（２）マルチヘッド数を超える組み合わせを除外する。例えば、図５Ａに示されたように、変位センサ１０には、主干渉計において３段の光路が設けられ、センサヘッド２０によってそれぞれの光路から計測対象物Ｔに対して測定光が照射され、それぞれから得られる干渉光（戻り光）が受光される（マルチヘッド数＝３）。仮に、ピークが４つ以上存在すれば、３つを超えるピークは、ノイズ由来に基づくものであって、算出対象から除外すればよい。マルチヘッド数＝３の場合には、（Ｄ₁，Ｖ₁），（Ｄ₂，Ｖ₂），（Ｄ₃，Ｖ₃）となる。

（３）距離順に並び替える。例えば、距離が小さい順に並べると、（Ｄ₃，Ｖ₃），（Ｄ₁，Ｖ₁），（Ｄ₂，Ｖ₂）となる。

（４）ピーク間の電圧を取得する。具体的には、Ｄ₃とＤ₁との中間距離であるＤ₃₁の電圧Ｖ₃₁を取得し、Ｄ₁とＤ₂との中間距離であるＤ₁₂の電圧Ｖ₁₂を取得する。そして、その平均電圧Ｖｎ＝（Ｖ₃₁＋Ｖ₁₂）／２を算出する。

（５）それぞれのＳＮＲを算出する。具体的には、ＳＮ₁＝Ｖ₁／Ｖ_n、ＳＮ₂＝Ｖ₂／Ｖ_n、ＳＮ₃＝Ｖ₃／Ｖ_nとなる。

このように、スペクトル（電圧ｖｓ距離）に基づいてピークに対応する値（距離値，ＳＮＲ）＝（Ｄ₁，ＳＮ₁）,（Ｄ₂，ＳＮ₂）,（Ｄ₃，ＳＮ₃）が算出される。

図８に戻り、ステップＳ３４では、処理部５９は、ステップＳ３３で算出されたピークに対応する値（距離値，ＳＮＲ）のうち距離値を補正する。具体的には、図６Ｃで示されたように、３つのコリメートレンズユニット２４ａ～２４ｃ（コリメートレンズ２２ａ～２２ｃ及び各光ファイバ）は、センサヘッド２０の光軸方向の位置において、それぞれズレて配置されているため、当該ズレ量（例えば、ｈ₁，ｈ₂，ｈ₃等）に応じて、それぞれピークに対応する距離値Ｄ₁，Ｄ₂，Ｄ₃を補正する。

これにより、ピークに対応する値（補正後距離値，ＳＮＲ）＝（Ｄ₁＋ｈ₁，ＳＮ₁）、（Ｄ₂＋ｈ₂，ＳＮ₂）、（Ｄ₃＋ｈ₃，ＳＮ₃）となる。

ステップＳ３５では、処理部５９は、ステップＳ３４で算出されたピークに対応する値（補正後距離値，ＳＮＲ）のうち距離値を平均化する。具体的には、処理部５９は、ピークに対応する値（補正後距離値，ＳＮＲ）のうちＳＮＲが閾値以上の補正後距離値を平均化することが好ましく、当該平均化した算出結果を計測対象物Ｔまでの距離として出力する。

次に、本開示に関して、より特徴的な構成、機能及び性質を中心に、具体的な実施形態として詳細に説明する。なお、以下に示される光干渉測距センサは、図１～図９を用いて説明した変位センサ１０に相当し、当該光干渉測距センサに含まれる基本的な構成、機能及び性質の全部又は一部は、図１～図９を用いて説明した変位センサ１０に含まれる構成、機能及び性質と共通している。

＜一実施形態＞
［光干渉測距センサの構成］
図１０は、本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサ１００の構成概要を示す模式図である。図１０に示されるように、光干渉測距センサ１００は、波長掃引光源１１０と、干渉計１２０と、受光部１３０と、処理部１４０とを備える。なお、干渉計１２０は、分岐部１２１及びセンサヘッド１２２を含み、受光部１３０は、受光素子１３１及びＡＤ変換部１３２を含み、処理部１４０は、周波数解析部１４１、モード判定部１４２及び距離算出部１４３を含む。

さらに、分岐部１２１は、入力された光を複数の光路に分岐し、それぞれ光ファイバを介してセンサヘッド１２２に導かれる。センサヘッド１２２には、例えば、図６Ａ～６Ｃに示したように、複数の光路それぞれにコリメートレンズ１２３ａ～１２３ｃが配置されており、さらに対物レンズ１２４が取り付けられ、又は含まれる。

波長掃引光源１１０は、分岐部１２１に接続され、連続的に波長を変化させながら光を投光する。

分岐部１２１は、波長掃引光源１１０から投光されて入力された光を、計測対象物Ｔのうちの複数のスポット（ここでは３つのスポット）に照射するように光路Ａ～Ｃに分岐して出力する。分岐部１２１は、例えば、光カプラ等であってもよい。

光路Ａに分岐された光は、光ファイバを介して、測定光としてコリメートレンズ１２３ａ及び対物レンズ１２４を通過して計測対象物Ｔに照射され、当該計測対象物Ｔで反射される。そして、計測対象物Ｔで反射された反射光（第１反射光）は、対物レンズ１２４及びコリメートレンズ１２３ａを通じて光ファイバの先端から分岐部１２１に戻る。

また、光路Ａに分岐された光は、光ファイバを介して、測定光として計測対象物Ｔに照射されるが、その一部は、参照光として参照面で反射される。ここでは、光ファイバの先端が参照面となり、当該参照面で反射された反射光（第２反射光）は、当該光ファイバを介して分岐部１２１に戻る。

このとき、分岐部１２１から光路Ａの光ファイバに出力された光について、測定光は、計測対象物Ｔに照射されて第１反射光として当該光ファイバを介して分岐部１２１に戻り、参照光は、当該光ファイバの先端である参照面で反射された第２反射光として当該光ファイバを介して分岐部１２１に戻るため、測定光と参照光との光路長差に応じて干渉光が発生する。すなわち、光路Ａの光ファイバの先端から計測対象物Ｔまでの往復距離が光路長差となり、干渉計１２０は、第１反射光と第２反射光とに基づいて干渉光を発生させて、分岐部１２１への戻り光としている。なお、測定光及び参照光の光路長は、いずれも、光路の空間的長さに屈折率を乗じて得られる値であってよい。

同様に、光路Ｂに分岐された光は、光ファイバを介して、測定光としてコリメートレンズ１２３ｂ及び対物レンズ１２４を通過して計測対象物Ｔに照射され、当該計測対象物Ｔで反射される。そして、計測対象物Ｔで反射された反射光（第１反射光）は、対物レンズ１２４及びコリメートレンズ１２３ｂを通じて光ファイバの先端から分岐部１２１に戻る。また、光路Ｂに分岐された光は、その一部は、参照光として、光ファイバの先端である参照面で反射され、当該参照面で反射された反射光（第２反射光）は、当該光ファイバを介して分岐部１２１に戻る。

このとき、分岐部１２１から光路Ｂの光ファイバに出力された光について、測定光と参照光との光路長差に応じて干渉光が発生する。すなわち、光路Ｂの光ファイバの先端から計測対象物Ｔまでの往復距離が光路長差となり、干渉計１２０は、第１反射光と第２反射光とに基づいて干渉光を発生させて、分岐部１２１への戻り光としている。

同様に、光路Ｃに分岐された光は、光ファイバを介して、測定光としてコリメートレンズ１２３ｃ及び対物レンズ１２４を通過して計測対象物Ｔに照射され、当該計測対象物Ｔで反射される。そして、計測対象物Ｔで反射された反射光（第１反射光）は、対物レンズ１２４及びコリメートレンズ１２３ｃを通じて光ファイバの先端から分岐部１２１に戻る。また、光路Ｃに分岐された光は、その一部は、参照光として、光ファイバの先端である参照面で反射され、当該参照面で反射された反射光（第２反射光）は、当該光ファイバを介して分岐部１２１に戻る。

このとき、分岐部１２１から光路Ｃの光ファイバに出力された光について、測定光と参照光との光路長差に応じて干渉光が発生する。すなわち、光路Ｃの光ファイバの先端から計測対象物Ｔまでの往復距離が光路長差となり、干渉計１２０は、第１反射光と第２反射光とに基づいて干渉光を発生させて、分岐部１２１への戻り光としている。

このように、波長掃引光源１１０から投光されて入力された光は、分岐部１２１によって分岐され、それぞれ分岐された光路Ａ～Ｃにおいて、計測対象物Ｔの各スポットを照射した測定光と、各光路Ａ～Ｃにおける光ファイバの先端である参照面で反射される参照光との光路長差に基づく干渉光を発生させて、干渉計１２０によって戻り光として受光部１３０に出力される。

なお、測定光と参照光との光路長差は、３つのスポット（光路Ａ～Ｃに対応する）において、それぞれ異なるように設定される。

受光部１３０は、干渉計１２０からの戻り光（各干渉光）を受光する。受光部１３０では、受光素子１３１は、例えば、フォトディテクタであって、干渉計１２０から出力される戻り光を受光し、電気信号に変換する。そして、ＡＤ変換部１３２は、当該電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。

なお、ここでは、受光部１３０は、干渉計１２０からの戻り光として、３つのスポット（光路Ａ～Ｃに対応する）それぞれに対応する各干渉光を含む光信号を１つの受光部として受光する構成であって、各干渉光をそれぞれ別個の受光部で受光する構成ではない。これにより、簡易な構成で低コストを実現している。

処理部１４０は、受光部１３０によって受光された戻り光に基づいて計測対象物Ｔまでの距離を算出する。具体的には、処理部１４０は、受光部１３０によって受光された戻り光のうち、ピークを検出し、当該検出したピークと上述したスポット（光路Ａ～Ｃに対応する）とを対応付けて計測対象物Ｔまでの距離を算出する。また、例えば、処理部１４０は、ＦＰＧＡ等の集積回路で実現されるプロセッサであって、入力されたデジタル信号をＦＦＴを用いて周波数変換し、それに基づいて計測対象物Ｔまで距離が算出されてもよい。

より詳細には、例えば、処理部１４０では、周波数解析部１４１は、図８で示されたステップＳ３１のように、受光部１３０のＡＤ変換部１３２からのデジタル信号をＦＦＴを用いて周波数変換する。

図１１は、受光部１３０によって受光された戻り光について、ＦＦＴを用いて周波数変換された信号波形の一例を模式的に示す図である。図１１に示されるように、受光部１３０によって受光された戻り光のうち、３つのスポット（光路Ａ～Ｃに対応する）それぞれに対応するピークが表れている。

通常、マルチヘッド（ここでは、マルチヘッド数＝３）を有する光干渉測距センサでは、検出された３つのスポット（光路Ａ～Ｃに対応する）それぞれに対応するピークに基づいて、計測対象物Ｔまでの距離を算出する。上述したように光路Ａ～Ｃにおいて、３つのスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、測定光と参照光との光路長差が異なるように設定される。具体的には、それぞれ光路Ａ～Ｃで配置されている光ファイバの先端位置が光軸方向に位置がズレて配置されていることから、処理部１４０は、周波数Ｆａ～Ｆｃに対応する距離値を当該ズレ量に応じて補正し、さらに、当該ズレ量に応じて補正された距離値を平均化することにより、計測対象物Ｔまでの距離を算出する。なお、光ファイバの先端位置は、例えば、図６Ｃに示されたように、光ファイバの先端が差し込まれたコリメートレンズユニットを、光軸方向の位置において、それぞれズレて配置してもよい。

なお、３つのスポット（光路Ａ～Ｃに対応する）それぞれに対応するピークが重複せず、適切に検出できるように、それぞれ光路Ａ～Ｃにおける測定光と参照光との光路長差の差ΔＬは、距離分解能δＬ_FWHMよりも大きくなるように構成されるとよい。ここで、距離分解能δＬ_FWHM＝ｃ／ｎδｆ（ｃ：光速、ｎ：光路差中の屈折率、δｆ：周波数掃引幅）で求められ、周波数掃引幅δｆを大きくすることによって距離分解能δＬ_FWHMを小さくすることができ、ピーク波形の半値幅を小さくし、ピークをより鮮明に表れるようにすることができる。

ところで、計測対象物Ｔの表面が鏡面である場合には、当該鏡面に照射された測定光及びその反射光（第１反射光）等が多重反射することによって外乱光となり、受光部１３０によって受光される戻り光に含まれることになる。そして、周波数解析部１４１によってＦＦＴを用いて周波数変換された信号波形において、当該多重反射によるピークが表れてしまう場合がある。

図１２は、計測対象物Ｔの表面が鏡面である場合における、受光部１３０によって受光された戻り光について、ＦＦＴを用いて周波数変換された信号波形の一例を模式的に示す図である。図１２に示されるように、計測対象物Ｔの表面が鏡面であることから、光路Ｂに対応するスポットに基づくピークは大きく表れているものの、その他の光路に対応するスポットに基づくピークは小さくなっており、さらに、多重反射信号の影響による複数のピークが表れている。光路Ｂは、光路Ａ～Ｃのうち、測定光及び第１反射光と、参照光及び第２反射光との光路長差が最短となるスポットに対応し、さらに、対物レンズ１２４の光軸上に配置されている。多重反射信号は、計測対象物Ｔの表面が鏡面であったとしても、正反射した光が予期しない位置や方向に導かれ、さらに反射して受光部１３０によって受光されるものであり、各スポットに対応する信号よりも高周波側に表れる。

ここでは、光路Ａ及び光路Ｃに対応するスポットに基づくピークと、多重反射信号の影響による複数のピークとが分かれて判定可能なように表れているが、実際には、多重反射信号の影響による複数のピークは、どのように表れるか予測できず、これらが混在し、光路Ａ及び光路Ｃに対応するスポットに基づくピークが埋もれてしまう場合がある。

そこで、処理部１４０では、モード判定部１４２は、計測対象物Ｔの計測される表面が鏡面又は粗面に応じて、計測対象物Ｔを計測する鏡面モード又は粗面モードのいずれのモードを用いるかを判定する。

距離算出部１４３は、モード判定部１４２によって粗面モードと判定された場合には、図１１を用いて説明したように、検出した３つのスポット（光路Ａ～Ｃに対応する）それぞれに対応するピークに基づいて、計測対象物Ｔまでの距離を算出する。

一方、距離算出部１４３は、モード判定部１４２によって鏡面モードと判定された場合には、図１２を用いて説明したように、３つのスポット（光路Ａ～Ｃに対応する）それぞれに対応するピーク以外に多重反射によるピークが存在することから、光路長差が最短となる光路Ｂに対応するスポットに対応するピークに基づいて、計測対象物Ｔまでの距離を算出する。具体的には、光路Ｂは、光路Ａ～Ｃのうち、測定光と参照光との光路長差が最短となるように、光ファイバの先端位置を計測対象物Ｔに最も近く配置されており、さらに、対物レンズ１２４の光軸上に配置されている。すなわち、光路Ｂに対応するスポットに対応するピークは、最も低周波のピークとして確実にかつ適切に検出されるように設定されている。その結果、当該ピークに対応する周波数Ｆｂに対応する距離値を、計測対象物Ｔまでの距離として適用すればよい。

［モードに応じて計測対象物Ｔまでの距離を算出する方法］
次に、モードに応じて計測対象物Ｔまでの距離を算出する方法について、具体的に詳しく説明する。

図１３Ａは、処理部１４０によって実行される、計測対象物Ｔまでの距離を算出する方法を示すフローチャートである。図１３Ａに示されるように、当該方法は、ステップＳ１０１～Ｓ１１１を含む。

ステップＳ１０１では、処理部１４０における周波数解析部１４１は、例えば、図８に示されたステップＳ３１のように、受光部１３０からの波形信号をＦＦＴを用いて周波数変換する。

ステップＳ１０２では、処理部１４０は、ステップＳ１０１で周波数変換された信号波形において、不要ピークを削除する。例えば、処理部１４０は、低周波側（近距離側）に、レンズ反射等の影響によって表れる不要なピークを削除する。

ステップＳ１０３では、処理部１４０は、ステップＳ１０１で周波数変換された信号波形において、閾値処理によってピークを判定する。例えば、処理部１４０は、ステップＳ１０１で周波数変換された信号波形において、ノイズレベルを把握した上で、所定の閾値Ｔｈ１以上の信号強度を有する信号をピークとして検出するようにする。

なお、ここで、閾値Ｔｈ１は、予め設定されてもよいし、動的に変化するように設定されてもよい。例えば、ピーク間においてノイズを推定した上でピーク毎のＳＮＲを算出し、所定の閾値Ｔｈ１（例えば、ＳＮＲ＞９）を超えるピークを検出するようにしてもよい。

ステップＳ１０４では、処理部１４０におけるモード判定部１４２は、ユーザの選択に基づいて鏡面モード又は粗面モードを判定する。鏡面モード又は粗面モードは、ユーザによって選択可能なように構成されており、例えば、コントローラ３０における設定部３２をユーザが操作することによって、予め鏡面モード又は粗面モードが選択されていてもよい。また、計測対象物Ｔの材質等をユーザが入力することにより、又は自動的に判別することにより、鏡面モード又は粗面モードが選択されるように構成されていてもよい。

ステップＳ１０４において、モード判定部１４２によって粗面モードと判定された場合、ステップＳ１０５の処理に進み、鏡面モードと判定された場合、ステップＳ１０８の処理に進む。

ステップＳ１０５では、処理部１４０は、図１１を用いて説明したように、ＦＦＴを用いて周波数変換された信号波形に表れている３つのピークを検出する。

ステップＳ１０６では、処理部１４０は、ステップＳ１０５で検出された３つのピークについて、それぞれ光路Ａ～Ｃのうちいずれに対応するかを判定する。上述したように、３つのスポット（光路Ａ～Ｃに対応する）において、測定光と参照光との光路長差は、それぞれ異なるように設定されていることから、検出されたピークがそれぞれ光路Ａ～Ｃのうちいずれに対応するかを判定することができる。

ステップＳ１０７では、処理部１４０は、それぞれ光路Ａ～Ｃで配置されている光ファイバの先端位置が光軸方向に位置がズレて配置されていることから、周波数Ｆａ～Ｆｃに対応する距離値を当該ズレ量に応じて補正する。

一方、ステップＳ１０８では、処理部１４０は、図１２を用いて説明したように、ＦＦＴを用いて周波数変換された信号波形に表れているピークのうち、最も低周波のピークを検出する。上述したように、最も低周波のピークは、光路Ｂに対応するスポットに基づくピークであり、当該光路Ｂは、光路Ａ～Ｃのうち、測定光と参照光との光路長差が最短となるように、光ファイバの先端位置を計測対象物Ｔに最も近く配置されており、さらに、対物レンズ１２４の光軸上に配置されている。

ステップＳ１０９では、処理部１４０における距離算出部１４３は、例えば、図８に示されたステップＳ３２のように、周波数を距離変換する。

ステップＳ１１０では、距離算出部１４３は、粗面モードの場合には、ステップＳ１０７で光ファイバの先端位置のズレ量に応じて補正された３つの距離値を平均化して取得し、鏡面モードの場合には、ステップＳ１０８で検出された光路Ｂに対応するスポットに基づくピークから算出された距離値を取得する。

ステップＳ１１１では、距離算出部１４３は、ステップＳ１１０で取得された距離値を計測対象物Ｔまでの測距結果として出力する。

このように、処理部１４０では、ユーザによって選択された鏡面モード又は粗面モードに応じて、計測対象物Ｔまでの距離を算出し、たとえ計測対象物Ｔに粗面及び鏡面が含まれる場合であったとしても、適切に計測対象物Ｔまでの距離を算出している。

なお、鏡面モード又は粗面モードをユーザによって選択されなくても、ステップＳ１０１で周波数変換された信号波形において検出されるピーク数に応じて、自動的に鏡面モード又は粗面モードを判定するようにしてもよい。

図１３Ｂは、自動的に鏡面モード又は粗面モードを判定し、処理部１４０によって実行される、計測対象物Ｔまでの距離を算出する方法を示すフローチャートである。図１３Ｂに示されるように、当該方法は、図１３Ａに示された方法と比べて、ステップＳ２０４が異なり、それ以外は、同様の処理である。

ステップＳ２０４では、処理部１４０は、ステップＳ１０３で所定の閾値Ｔｈ１以上の信号強度を有する信号をピークとして検出した数Ｎを判定する。具体的には、通常、マルチヘッド（ここでは、マルチヘッド数＝３）では、図１１に示したように、光路Ａ～Ｃに対応するスポットに基づくピークが３つ検出されるため、この場合には、処理部１４０におけるモード判定部１４２は、粗面モードと判定すればよい。

また、計測対象物Ｔの表面形状や周辺環境によるノイズ等により、ピークが消失してしまう場合があり、これらを考慮すると、検出したピーク数Ｎ≦３の場合には、処理部１４０におけるモード判定部１４２は、粗面モードと判定する。すなわち、検出したピーク数≦マルチヘッド数の場合、処理部１４０におけるモード判定部１４２は、粗面モードと判定すればよい。

なお、ピークが消失した場合、例えば、検出したピーク数Ｎ＝０の場合には、計測対象物Ｔまでの距離を算出することはできないとして、エラーとしてもよいし、前回算出した距離値を出力するようにしてもよい。同様に、検出したピーク数Ｎ＝１又は２の場合（検出したピーク数≠マルチヘッド数の場合）も、消失したピークがあるとして、エラーとしてもよい。

一方、図１２に示したように、多重反射信号の影響による複数のピークが表れて、検出したピーク数Ｎ＞３の場合には、処理部１４０におけるモード判定部１４２は、鏡面モードと判定する。すなわち、検出したピーク数Ｎ＞マルチヘッド数の場合、計測対象物Ｔの表面が鏡面で、当該鏡面に照射された測定光及びその反射光（第１反射光）等が多重反射していることが推定されるため、処理部１４０におけるモード判定部１４２は、鏡面モードと判定すればよい。

このように、鏡面モード又は粗面モードをユーザによって選択されなくても、ステップＳ１０１で周波数変換された信号波形において検出されるピーク数に応じて、自動的に鏡面モード又は粗面モードを判定し、たとえ、計測対象物Ｔに粗面及び鏡面が含まれる場合であったとしても、適切に計測対象物Ｔまでの距離を算出している。

なお、図１３Ａ及び図１３Ｂでは、処理部１４０は、ステップＳ１０７又はステップＳ１０８直後のステップＳ１０９において、周波数を距離変換し、以降のステップで距離値を平均化する等して処理しているが、ステップＳ１０９における距離変換はステップＳ１０７又はステップＳ１０８直後でなくてもよい。処理部１４０は、例えば、図８に示された距離変換（ステップＳ３２）のように、ステップＳ１０１直後に周波数を距離変換するようにしてもよいし、その他のタイミングで行ってもよい。

以上のように、本発明の一実施形態に係る光干渉測距センサ１００によれば、干渉計１２０は、３つのスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、当該計測対象物Ｔに照射して当該計測対象物Ｔで反射される測定光と、当該測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づいて各干渉光を発生させて、戻り光として出力する。受光部１３０は、干渉計１２０からの戻り光を受光し、処理部１４０は、戻り光のうちピークを検出し、計測対象物Ｔを計測する鏡面モード又は粗面モードのいずれかのモードに応じて検出したピークとスポットとを対応付けて計測対象物Ｔまでの距離を算出する。ここで、３つのスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、測定光と参照光との光路長差が異なるように設定されるため、各ピークを適切に検出することができる。さらに、鏡面モードの場合、当該検出されたピークのうち光路長差が最短となるスポット（光路Ｂ）に対応するピークに基づいて算出された距離を、計測対象物Ｔまでの測距結果とする。すなわち、計測対象物Ｔに粗面及び鏡面が含まれる場合であったとしても、計測対象物Ｔまでの距離を適切に計測することができる。

ユーザにとっても、鏡面用と粗面用とでセンサヘッドを使い分ける必要がなく、１つのセンサヘッドで適切に計測対象物Ｔまでの距離を計測することができ、計測対象物Ｔに鏡面が含まれる場合であっても、多重反射が外乱光となって精度良く計測できないという問題を回避することができる。

なお、本実施形態では、分岐部１２１は、波長掃引光源１１０からの光を３つの光路Ａ～Ｃに分岐し、計測対象物Ｔのうち３つのスポットに測定光を照射するように構成されているが、これに限定されるものではなく、例えば、分岐される光路及びスポットが２つであっても４つ以上であってもよい。

［コリメートレンズ及び対物レンズの変形例］
上述した本実施形態では、光干渉測距センサ１００は、複数のコリメートレンズ（例えば、３つ）に対して１つの対物レンズ１２４を備えていたが、コリメートレンズ及び対物レンズの構成はこれに限定されるものではない。

図１４は、複数のコリメートレンズに対して、種々の対物レンズが配置されるバリエーションを示す図である。図１４（ａ）では、３つの光ファイバＡ～Ｃで形成される光路それぞれにコリメートレンズ１２３ａ～１２３ｃが配置されており、１つの対物レンズ１２４が配置されている。上述した本実施形態に係る光干渉測距センサ１００のセンサヘッドの構成であり、スポット径を小さくすることができ、計測対象物Ｔが微小であっても、当該計測対象物Ｔまでの距離を高精度に適切に計測することができる。また、対物レンズ１２４が１つであるため、光軸調整が容易であり、コストの軽減にも繋がる。さらには、センサヘッドのサイズを小さくすることができる。

図１４（ｂ）では、３つの光ファイバＡ～Ｃで形成される光路それぞれにコリメートレンズ１２３ａ～１２３ｃ及び対物レンズ１２４ａ～１２４ｃが配置されている。当該構成により、光軸調整はそれぞれ必要となり、スポット径は大きくなるものの、光路毎に柔軟に配置することができる。また、センサヘッドのサイズを小さくすることができる。

図１４（ｃ）では、３つの光ファイバＡ～Ｃで形成される光路それぞれにコリメートレンズ１２３ａ～１２３ｃが配置されており、１つの対物レンズ２２４が配置されている。当該構成は、図１４（ｂ）の構成に比べて、対物レンズ２２４が１つであるため、光軸調整が容易であり、コストの軽減にも繋がる。

図１５は、コリメートレンズを配置せず、複数の対物レンズが配置されるバリエーションを示す図である。図１５（ａ）では、３つの光ファイバＡ～Ｃで形成される光路それぞれに対物レンズ１２４ａ～１２４ｃが配置されている。当該構成により、スポット径は大きくなるものの、コリメートレンズを配置しないため、光軸調整が容易であり、コストの軽減にも繋がる。また、センサヘッドのサイズを小さくすることができる。

図１５（ｂ）では、３つの光ファイバＡ～Ｃで形成される光路それぞれに対物レンズ１２４ａ～１２４ｃが配置されている。ここでは、スポット径が小さくなるように、３つの光ファイバＡ～Ｃで形成される光路及び対物レンズ１２４ａ～１２４ｃの位置及び角度を調整している。当該構成により、スポット径を小さくすることができ、計測対象物Ｔが微小であっても、当該計測対象物Ｔまでの距離を高精度に適切に計測することができる。また、コリメートレンズを配置しないため、コストの軽減にも繋がる。

図１６は、対物レンズを配置せず、複数のコリメートレンズが配置されるバリエーションを示す図である。図１６では、３つの光ファイバＡ～Ｃで形成される光路それぞれにコリメートレンズ１２３ａ～１２３ｃが配置されている。当該構成により、スポット径は大きくなるものの、対物レンズを配置しないため、光軸調整が容易であり、コストの軽減にも繋がる。また、センサヘッドのサイズを小さくすることができる。

このように、コリメートレンズ及び対物レンズの構成により種々のセンサヘッドが挙げられるが、計測対象物Ｔの大きさ、形状及び材質、要求される計測精度等に応じて、適切なセンサヘッドを用いればよい。

［干渉計の変形例］
上述した本実施形態では、光干渉測距センサ１００は、分岐部１２１によって分岐された光路Ａ～Ｃにおいて、それぞれ光ファイバの先端（端面）を参照面（参照光及びその反射光）とすることで干渉光を発生させるフィゾー干渉計を用いていたが、干渉計は、これに限定されるものではない。

図１７は、測定光と参照光とを用いて干渉光を発生させる干渉計のバリエーションを示す図である。図１７（ａ）では、分岐部１２１によって分岐された光路Ａ～Ｃにおいて、それぞれ光ファイバの先端（端面）を参照面として、光路長差が異なるように、それぞれ光ファイバの先端位置を光軸方向にズレて配置されている。上述した本実施形態に係る光干渉測距センサ１００の干渉計１２０の構成であり（フィゾー干渉計）、当該参照面は、光ファイバと空気との屈折率の違いによって光が反射するように構成されていてもよい（フレネル反射）。また、光ファイバの先端に反射膜をコーティングしてもよいし、光ファイバの先端に無反射コーティングを施して、別途、レンズ面等の反射面を配置してもよい。

図１７（ｂ）では、分岐部１２１によって分岐された光路Ａ～Ｃにおいて、計測対象物Ｔに測定光を導く測定光路Ｌｍ１～Ｌｍ３と、参照光を導く参照光路Ｌｒ１～Ｌｒ３とを形成し、参照光路Ｌｒ１～Ｌｒ３の先にはそれぞれ参照面が配置されている（マイケルソン干渉計）。参照面は、光ファイバの先端に反射膜をコーティングしてもよいし、光ファイバの先端に無反射コーティングを施して、別途、レンズ面等の反射面を配置してもよい。当該構成では、各測定光路Ｌｍ１～Ｌｍ３の光路長を同一にし、各参照光路Ｌｒ１～Ｌｒ３において光路長差を設けることによって、各光路Ａ～Ｃにおいて、光路長差が異なるようにしている。各測定光路Ｌｍ１～Ｌｍ３の光路長を同一にすることができるため、センサヘッドにおける光学設計を容易にすることができる。

図１７（ｃ）では、分岐部１２１によって分岐された光路Ａ～Ｃにおいて、計測対象物Ｔに測定光を導く測定光路Ｌｍ１～Ｌｍ３と、参照光を導く参照光路Ｌｒ１～Ｌｒ３とを形成し、参照光路Ｌｒ１～Ｌｒ３には、バランスディテクタが配置されている（マッハツェンダ干渉計）。当該構成では、各測定光路Ｌｍ１～Ｌｍ３の光路長を同一にし、各参照光路Ｌｒ１～Ｌｒ３において光路長差を設けることによって、各光路Ａ～Ｃにおいて、光路長差が異なるようにしている。各測定光路Ｌｍ１～Ｌｍ３の光路長を同一にすることができるため、センサヘッドにおける光学設計を容易にすることができる。

このように、干渉計は、本実施形態で説明したフィゾー型干渉計に限定されるものではなく、例えば、マイケルソン干渉計やマッハツェンダ干渉計であってもよいし、測定光と参照光との光路長差を設定することによって干渉光を発生させることができれば、どのような干渉計を適用してもよいし、これらの組み合わせ等やその他の構成を適用してもよい。

本実施形態で説明した光干渉測距センサは、計測対象物Ｔまでの距離を測る変位センサ、距離計、及びライダー等に用いられる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

［附記］
連続的に波長を変化させながら光を投光する光源（１１０）と、
前記光源から投光された光を計測対象物（Ｔ）のうちの複数のスポットに照射するように分岐する分岐部（１２１）を含み、当該複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、当該計測対象物に照射して当該計測対象物で反射される測定光と、当該測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づいて各干渉光を発生させる干渉計（１２０）と、
前記干渉計からの各干渉光を受光する受光部（１３０）と、
前記受光された各干渉光のうちピークを検出し、前記計測対象物を計測する鏡面モード又は粗面モードのいずれかのモードに応じて前記検出したピークと前記スポットとを対応付けて前記計測対象物までの距離を算出する処理部（１４０）と、を備え、
前記複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、前記測定光と前記参照光との光路長差が異なるように設定され、
前記処理部は、当該鏡面モードの場合、前記検出したピークのうち前記光路長差が最短となるスポットに対応するピークに基づいて算出された距離を、前記計測対象物までの測距結果とする、
光干渉測距センサ（１００）。

１…センサシステム、１０…変位センサ、１１…制御機器、１２…制御信号入力用センサ、１３…外部接続機器、２０…センサヘッド、２１…対物レンズ、２２，２２ａ～２２ｃ…コリメートレンズ、２３…対物レンズホルダ、２４，２４ａ～２４ｃ…コリメートレンズユニット、３０…コントローラ、３１…表示部、３２…設定部、３３…外部インタフェース（Ｉ／Ｆ）部、３４…光ファイバ接続部、３５…外部記憶部、３６…計測処理部、４０…光ファイバ、５１…波長掃引光源、５２…光増幅器、５３，５３ａ～５３ｂ…アイソレータ、５４，５４ａ～５４ｊ…光カプラ、５５…減衰器、５６ａ～５６ｃ…受光素子、５７…合波回路、５８…ＡＤ変換部、５９…処理部、６０…バランスディテクタ、６１…補正信号生成部、７１ａ～７１ｅ…受光素子、７２ａ～７２ｃ…増幅回路、７３…合波回路、７４…ＡＤ変換部、７５…処理部、７６…差動増幅回路、７７…補正信号生成部、１００…光干渉測距センサ、１１０…波長掃引光源、１２０…干渉計、１２１…分岐部、１２２…センサヘッド、１２３ａ～１２３ｃ…コリメートレンズ、１２４，１２４ａ～１２４ｃ，２２４…対物レンズ、１３０…受光部、１３１…受光素子、１３２…ＡＤ変換部、１４０…処理部、１４１…周波数解析部、１４２…モード判定部、１４３…距離算出部、Ｔ…計測対象物、Ｌｍ１～Ｌｍ３…測定光路、Ｌｒ１～Ｌｒ３…参照光路

Claims (9)

1. 連続的に波長を変化させながら光を投光する光源と、
   前記光源から投光された光を計測対象物のうちの複数のスポットに照射するように分岐する分岐部を含み、当該複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、当該計測対象物に照射して当該計測対象物で反射される測定光と、当該測定光とは少なくとも一部異なる光路を辿る参照光とに基づいて各干渉光を発生る干渉計と、
   前記干渉計からの各干渉光を受光する受光部と、
   前記受光された各干渉光のうちピークを検出し、前記計測対象物を計測する鏡面モード又は粗面モードのいずれかのモードに応じて前記検出したピークと前記スポットとを対応付けて前記計測対象物までの距離を算出する処理部と、を備え、
   前記複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光について、前記測定光と前記参照光との光路長差が異なるように設定され、
   前記処理部は、前記鏡面モードの場合、前記検出したピークのうち前記光路長差が最短となるスポットに対応するピークに基づいて算出された距離を、前記計測対象物までの測距結果とする、
   光干渉測距センサ。
2. 前記処理部は、前記粗面モードの場合、前記検出した複数のピークに基づいて算出された距離を測距結果とする、
   請求項１に記載の光干渉測距センサ。
3. 前記干渉計は、１つの対物レンズを有し、
   前記分岐部によって前記複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光における前記測定光を前記１つの対物レンズを介して前記計測対象物に照射する、
   請求項１又は２に記載の光干渉測距センサ。
4. 前記複数のスポットに対応する光路長差のうち、最短となる光路長差を有するスポットは、前記１つの対物レンズの光軸上に配置される、
   請求項３に記載の光干渉測距センサ。
5. 前記干渉計は、前記測定光における前記計測対象物に照射して当該計測対象物で反射された第１反射光と、前記参照光における参照面で反射された第２反射光とに基づいて各干渉光を発生させる、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の光干渉測距センサ。
6. 前記複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光を伝送する光ファイバについて、前記参照面となる当該光ファイバそれぞれの先端位置は、光軸方向に位置がズレて配置される、
   請求項５に記載の光干渉測距センサ。
7. 前記複数のスポットに対応して分岐されたそれぞれの光における前記光路長差の差ΔＬは、少なくとも下記式で表される距離分解能δＬ_FWHMよりも大きい、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の光干渉測距センサ。
   δＬ_FWHM＝ｃ／ｎδｆ
   （ｃ：光速、ｎ：光路差中の屈折率、δｆ：周波数掃引幅）
8. 前記鏡面モード又は前記粗面モードのいずれかのモードをユーザによって選択可能である、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の光干渉測距センサ。
9. 前記処理部は、前記受光された各干渉光のうち前記複数のスポットの数を超えてピークを検出した場合、前記鏡面モードを用いる、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の光干渉測距センサ。

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